Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Бактериальный перевод представляет собой процесс , с помощью которого РНК является переводится в белки в бактерии .

Инициирование [ править ]

Инициирование трансляции у бактерий включает сборку компонентов системы трансляции, а именно: двух рибосомных субъединиц ( 50S и 30S субъединицы); зрелая мРНК, подлежащая трансляции; тРНК, заряженная N-формилметионином (первая аминокислота в формирующемся пептиде); гуанозинтрифосфат (GTP) в качестве источника энергии и три прокариотических фактора инициации IF1 , IF2 и IF3 , которые помогают сборке комплекса инициации. Можно ожидать изменений в механизме.

Рибосома имеет три активных сайта: сайт A, сайт P и сайт E. Сайт A является точкой входа для аминоацил тРНК (за исключением первой аминоацил тРНК, которая входит в сайт P). Р - сайт , где пептидил - тРНК образуется в рибосоме. И сайт E, который является сайтом выхода теперь незаряженной тРНК после того, как она отдает свою аминокислоту растущей пептидной цепи.

Выбор сайта инициации (обычно кодона AUG) зависит от взаимодействия между субъединицей 30S и матрицей мРНК. Субъединица 30S связывается с матрицей мРНК в богатой пуринами области (последовательность Шайна-Дальгарно ) выше кодона инициации AUG. Последовательность Шайна-Дальгарно комплементарна богатой пиримидином области на компоненте 16S рРНК 30S субъединицы. Эта последовательность эволюционно сохранилась и играет важную роль в мире микробов, который мы знаем сегодня. Во время образования комплекса инициации эти комплементарные нуклеотидные последовательности образуют пару для образования двухцепочечной структуры РНК, которая связывает мРНК с рибосомой таким образом, что инициирующий кодон помещается в сайт P.

Хорошо известными кодирующими областями, не имеющими кодонов инициации AUG, являются участки lacI (GUG) [1] и lacA (UUG) в опероне lac E. coli . [2] Два исследования независимо друг от друга показали, что 17 или более стартовых кодонов, не относящихся к AUG, могут инициировать трансляцию в E. coli . [3] [4]

Удлинение [ править ]

Удлинение полипептидной цепи включает добавление аминокислот к карбоксильному концу растущей цепи. Растущий белок выходит из рибосомы через выходной туннель полипептида в большой субъединице. [5]

Элонгация начинается, когда fMet-тРНК входит в сайт P, вызывая конформационное изменение, которое открывает сайт A для связывания новой аминоацил-тРНК. Этому связыванию способствует фактор элонгации Tu (EF-Tu), малая ГТФаза . Для быстрого и точного распознавания соответствующей тРНК рибосома использует большие конформационные изменения ( конформационная корректура ). [6] Теперь сайт P содержит начало пептидной цепи белка, который должен кодироваться, а сайт A содержит следующую аминокислоту, которая должна быть добавлена ​​к пептидной цепи. Растущий полипептид, связанный с тРНК в Р-сайте, отделяется от тРНК в Р-сайте, и между последними образуется пептидная связь.аминокислоты полипептида и аминокислота, все еще присоединенная к тРНК в A-сайте. Этот процесс, известный как образование пептидной связи , катализируется рибозимом ( 23S рибосомная РНК в 50S рибосомной субъединице). Теперь сайт A содержит вновь образованный пептид, а сайт P содержит незаряженную тРНК (тРНК без аминокислот). Вновь образованный пептид в тРНК сайта A известен как дипептид, а вся совокупность называется дипептидил-тРНК . Известно, что тРНК в Р-сайте за вычетом аминокислоты деацилируется . На последней стадии элонгации, называемой транслокацией , деацилированная тРНК (в сайте P) и дипептидил-тРНК(в сайте A) вместе с соответствующими кодонами перемещаются в сайты E и P соответственно, а новый кодон перемещается в сайт A. Этот процесс катализируется коэффициентом удлинения G (EF-G). Деацилированная тРНК в E-сайте высвобождается из рибосомы во время следующего занятия A-сайта аминоацил-тРНК, опять же при содействии EF-Tu. [7]

Рибосома продолжает транслировать оставшиеся кодоны на мРНК по мере связывания большего количества аминоацил-тРНК с сайтом A, пока рибосома не достигнет стоп-кодона на мРНК (UAA, UGA или UAG).

Механизм трансляции работает относительно медленно по сравнению с ферментными системами, катализирующими репликацию ДНК. Белки в бактериях синтезируются со скоростью всего 18 аминокислотных остатков в секунду, тогда как бактериальные реплисомы синтезируют ДНК со скоростью 1000 нуклеотидов в секунду. Эта разница в скорости частично отражает разницу между полимеризацией четырех типов нуклеотидов для получения нуклеиновых кислот и полимеризацией 20 типов аминокислот для получения белков. Проверка и отклонение неправильных молекул аминоацил-тРНК требует времени и замедляет синтез белка. У бактерий инициация трансляции происходит, как только синтезируется 5'-конец мРНК, и происходит сопряжение трансляции и транскрипции.У эукариот это невозможно, потому что транскрипция и трансляция осуществляются в отдельных компартментах клетки (ядре и цитоплазме).

Прекращение действия [ править ]

Терминация происходит, когда один из трех кодонов терминации перемещается в сайт A. Эти кодоны не распознаются никакими тРНК. Вместо этого они распознаются белками, называемыми факторами высвобождения , а именно RF1 (распознавание стоп-кодонов UAA и UAG) или RF2 (распознавание стоп-кодонов UAA и UGA). Эти факторы вызвать гидролиз этого эфира связи в пептидил-тРНК и высвобождение вновь синтезированного белка из рибосомы. Третий фактор высвобождения RF-3 катализирует высвобождение RF-1 и RF-2 в конце процесса прекращения.

Переработка [ править ]

Посттерминационный комплекс, образованный к концу стадии терминации, состоит из мРНК с терминирующим кодоном в A-сайте, незаряженной тРНК в P-сайте и интактной 70S рибосомы. Этап рециклинга рибосом отвечает за разборку рибосомного комплекса после терминации. [8] Как только растущий белок высвобождается при терминации, фактор рециклинга рибосом и фактор элонгации G (EF-G) функционируют, высвобождая мРНК и тРНК из рибосом и диссоциируя рибосому 70S на 30S и 50S субъединицы. Затем IF3 заменяет деацилированную тРНК, высвобождая мРНК. Все переводческие компоненты теперь бесплатны для дополнительных раундов перевода.

В зависимости от тРНК IF1 - IF3 также может выполнять рециклинг. [9]

Полисомы [ править ]

Трансляция осуществляется более чем одной рибосомой одновременно. Из-за относительно большого размера рибосом они могут прикрепляться только к сайтам мРНК, отстоящим друг от друга на 35 нуклеотидов. Комплекс из одной мРНК и нескольких рибосом называется полисомой или полирибосомой. [10]

Правила перевода [ править ]

Когда у бактериальных клеток заканчиваются питательные вещества, они входят в стационарную фазу и снижают синтез белка. Этот переход опосредуется несколькими процессами. [11] Например, в E. coli 70S рибосомы образуют димеры 90S при связывании с небольшим белком 6,5 кДа, фактором модуляции рибосом RMF. [12] [13] Эти промежуточные димеры рибосом могут впоследствии связывать молекулу фактора стимулирования гибернации (белок 10,8 кДа, HPF) с образованием зрелой 100S рибосомной частицы, в которой интерфейс димеризации образован двумя 30S-субъединицами двух участвующих рибосомы. [14] Димеры рибосом представляют состояние гибернации и трансляционно неактивны.[15] Третий белок, который может связываться с рибосомами, когдаклетки E. coli входят в стационарную фазу, - это YfiA (ранее известный как RaiA). [16] HPF и YfiA структурно похожи, и оба белка могут связываться с каталитическими A- и P-сайтами рибосомы. [17] [18] RMF блокирует связывание рибосомы с мРНК, предотвращая взаимодействие мессенджера с 16S рРНК. [19] При связывании с рибосомами С-концевой хвостYfiA E. coli препятствует связыванию RMF, таким образом предотвращая димеризацию и приводя к образованию трансляционно неактивных мономерных 70S рибосом. [19] [20]

Механизм диссоциации рибосомной субъединицы с помощью RsfS (= RsfA). RsfS инактивирует трансляцию, когда клетки голодают («S») и, следовательно, испытывают нехватку аминокислот. [21]

Помимо димеризации рибосом, соединение двух рибосомных субъединиц может блокироваться RsfS (ранее называвшимся RsfA или YbeB). [21] RsfS связывается с L14, белком большой субъединицы рибосомы, и тем самым блокирует присоединение малой субъединицы с образованием функциональной 70S рибосомы, полностью замедляя или блокируя трансляцию. Белки RsfS обнаружены почти у всех эубактерий (но не у архей ), а гомологи присутствуют в митохондриях и хлоропластах (где они называются C7orf30 и iojap соответственно). Однако пока не известно, как регулируется экспрессия или активность RsfS.

Другой фактор диссоциации рибосом в Escherichia coli - это HflX , ранее являвшаяся ГТФазой неизвестной функции. Zhang et al. (2015) показали, что HflX представляет собой индуцированный тепловым шоком фактор расщепления рибосом, способный диссоциировать как свободные, так и связанные с мРНК рибосомы. N-концевой эффекторный домен HflX связывается с центром пептидилтрансферазы поразительно похожим образом, как и у факторов высвобождения класса I, и вызывает драматические конформационные изменения в центральных межсубъединичных мостиках, тем самым способствуя диссоциации субъединиц. Соответственно, потеря HflX приводит к увеличению количества остановившихся рибосом при тепловом шоке и, возможно, в других стрессовых условиях. [22]

Влияние антибиотиков [ править ]

Основная статья: Ингибитор синтеза белка

Некоторые антибиотики оказывают свое действие, воздействуя на процесс трансляции у бактерий. Они используют различия между прокариотическими и эукариотическими механизмами трансляции , чтобы избирательно ингибировать синтез белка в бактериях, не затрагивая хозяина.

См. Также [ править ]

  • Факторы инициации прокариот
  • Факторы удлинения прокариот

Ссылки [ править ]

  1. ^ Farabaugh PJ (August 1978). "Sequence of the lacI gene". Nature. 274 (5673): 765–9. Bibcode:1978Natur.274..765F. doi:10.1038/274765a0. PMID 355891. S2CID 4208767.
  2. ^ "E.coli lactose operon with lacI, lacZ, lacY and lacA genes - Nucleotide - NCBI". www.ncbi.nlm.nih.gov. 1993-05-05. Retrieved 2017-03-01.
  3. ^ Hecht A, Glasgow J, Jaschke PR, Bawazer LA, Munson MS, Cochran JR, Endy D, Salit M (April 2017). "Measurements of translation initiation from all 64 codons in E. coli". Nucleic Acids Research. 45 (7): 3615–3626. doi:10.1093/nar/gkx070. PMC 5397182. PMID 28334756.
  4. ^ Firnberg E, Labonte JW, Gray JJ, Ostermeier M (May 2016). "A Comprehensive, High-Resolution Map of a Gene's Fitness Landscape". Molecular Biology and Evolution. 33 (5): 1581–1592. doi:10.1093/molbev/msu081. PMC 4839222. PMID 26912810.
  5. ^ Structure of the E. coli protein-conducting channel bound to at translating ribosome, K. Mitra, et al. Nature (2005), vol 438, p 318
  6. ^ Savir Y, Tlusty T (April 2013). "The ribosome as an optimal decoder: a lesson in molecular recognition". Cell. 153 (2): 471–9. Bibcode:2013APS..MARY46006T. doi:10.1016/j.cell.2013.03.032. PMID 23582332.
  7. ^ Dinos G, Kalpaxis DL, Wilson DN, Nierhaus KH (2005). "Deacylated tRNA is released from the E site upon A site occupation but before GTP is hydrolyzed by EF-Tu". Nucleic Acids Research. 33 (16): 5291–6. doi:10.1093/nar/gki833. PMC 1216338. PMID 16166657.
  8. ^ Hirokawa G, Demeshkina N, Iwakura N, Kaji H, Kaji A (March 2006). "The ribosome-recycling step: consensus or controversy?". Trends in Biochemical Sciences. 31 (3): 143–9. doi:10.1016/j.tibs.2006.01.007. PMID 16487710.
  9. ^ Pavlov, MY; Antoun, A; Lovmar, M; Ehrenberg, M (18 June 2008). "Complementary roles of initiation factor 1 and ribosome recycling factor in 70S ribosome splitting". The EMBO Journal. 27 (12): 1706–17. doi:10.1038/emboj.2008.99. PMC 2435134. PMID 18497739.
  10. ^ Alberts B, et al. (2017). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science. pp. 301–303.
  11. ^ Puri P, Eckhardt TH, Franken LE, Fusetti F, Stuart MC, Boekema EJ, Kuipers OP, Kok J, Poolman B (January 2014). "Lactococcus lactis YfiA is necessary and sufficient for ribosome dimerization". Molecular Microbiology. 91 (2): 394–407. doi:10.1111/mmi.12468. PMID 24279750.
  12. ^ Yamagishi M, Matsushima H, Wada A, Sakagami M, Fujita N, Ishihama A (February 1993). "Regulation of the Escherichia coli rmf gene encoding the ribosome modulation factor: growth phase- and growth rate-dependent control". The EMBO Journal. 12 (2): 625–30. doi:10.1002/j.1460-2075.1993.tb05695.x. PMC 413246. PMID 8440252.
  13. ^ Izutsu K, Wada C, Komine Y, Sako T, Ueguchi C, Nakura S, Wada A (May 2001). "Escherichia coli ribosome-associated protein SRA, whose copy number increases during stationary phase". Journal of Bacteriology. 183 (9): 2765–73. doi:10.1128/JB.183.9.2765-2773.2001. PMC 99491. PMID 11292794.
  14. ^ Kato T, Yoshida H, Miyata T, Maki Y, Wada A, Namba K (June 2010). "Structure of the 100S ribosome in the hibernation stage revealed by electron cryomicroscopy". Structure. 18 (6): 719–24. doi:10.1016/j.str.2010.02.017. PMID 20541509.
  15. ^ Wada A, Igarashi K, Yoshimura S, Aimoto S, Ishihama A (September 1995). "Ribosome modulation factor: stationary growth phase-specific inhibitor of ribosome functions from Escherichia coli". Biochemical and Biophysical Research Communications. 214 (2): 410–7. doi:10.1006/bbrc.1995.2302. PMID 7677746.
  16. ^ Agafonov DE, Kolb VA, Nazimov IV, Spirin AS (October 1999). "A protein residing at the subunit interface of the bacterial ribosome". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (22): 12345–9. Bibcode:1999PNAS...9612345A. doi:10.1073/pnas.96.22.12345. PMC 22919. PMID 10535924.
  17. ^ Vila-Sanjurjo A, Schuwirth BS, Hau CW, Cate JH (November 2004). "Structural basis for the control of translation initiation during stress". Nature Structural & Molecular Biology. 11 (11): 1054–9. doi:10.1038/nsmb850. PMID 15502846. S2CID 35493538.
  18. ^ Ortiz JO, Brandt F, Matias VR, Sennels L, Rappsilber J, Scheres SH, Eibauer M, Hartl FU, Baumeister W (August 2010). "Structure of hibernating ribosomes studied by cryoelectron tomography in vitro and in situ". The Journal of Cell Biology. 190 (4): 613–21. doi:10.1083/jcb.201005007. PMC 2928015. PMID 20733057. CS1 maint: discouraged parameter (link)
  19. ^ a b Polikanov YS, Blaha GM, Steitz TA (May 2012). "How hibernation factors RMF, HPF, and YfiA turn off protein synthesis". Science. 336 (6083): 915–8. Bibcode:2012Sci...336..915P. doi:10.1126/science.1218538. PMC 3377384. PMID 22605777.
  20. ^ Ueta M, Yoshida H, Wada C, Baba T, Mori H, Wada A (December 2005). "Ribosome binding proteins YhbH and YfiA have opposite functions during 100S formation in the stationary phase of Escherichia coli". Genes to Cells. 10 (12): 1103–12. doi:10.1111/j.1365-2443.2005.00903.x. PMID 16324148.
  21. ^ a b Häuser R, Pech M, Kijek J, Yamamoto H, Titz B, Naeve F, Tovchigrechko A, Yamamoto K, Szaflarski W, Takeuchi N, Stellberger T, Diefenbacher ME, Nierhaus KH, Uetz P (2012). "RsfA (YbeB) proteins are conserved ribosomal silencing factors". PLOS Genetics. 8 (7): e1002815. doi:10.1371/journal.pgen.1002815. PMC 3400551. PMID 22829778.
  22. ^ Zhang Y, Mandava CS, Cao W, Li X, Zhang D, Li N, Zhang Y, Zhang X, Qin Y, Mi K, Lei J, Sanyal S, Gao N (November 2015). "HflX is a ribosome-splitting factor rescuing stalled ribosomes under stress conditions". Nature Structural & Molecular Biology. 22 (11): 906–13. doi:10.1038/nsmb.3103. PMID 26458047. S2CID 9228012.